KR20230079753A - 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법 - Google Patents
아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230079753A KR20230079753A KR1020210166846A KR20210166846A KR20230079753A KR 20230079753 A KR20230079753 A KR 20230079753A KR 1020210166846 A KR1020210166846 A KR 1020210166846A KR 20210166846 A KR20210166846 A KR 20210166846A KR 20230079753 A KR20230079753 A KR 20230079753A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- powder
- melting
- container
- arc melting
- mixed
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 68
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 45
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010309 melting process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 20
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 15
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012768 molten material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 17
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 10
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
- B28B1/54—Producing shaped prefabricated articles from the material specially adapted for producing articles from molten material, e.g. slag refractory ceramic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/653—Processes involving a melting step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3203—Lithium oxide or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates or oxide forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/522—Oxidic
- C04B2235/5232—Silica or silicates other than aluminosilicates, e.g. quartz
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법은, 석영유리 분말과 첨가제 분말을 혼합하여 생성된 혼합 분말을 용융, 냉각 및 분쇄하는 과정을 차례로 거쳐 세라믹스 분말을 제조하고, 용융하는 과정에서는 혼합 물질을 아크 용융법으로 용융한다.
Description
본 발명은 세라믹스 분말 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크 용융법을 이용하여 석영유리 분말과 첨가제 분말을 혼합한 혼합 분말을 용융하여 세라믹스 분말을 제조하는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법에 관한 것이다.
석영(Quartz, SiO2)은 반도체 공정에서 가장 많이 사용되는 핵심 자재로, 고순도로 인해 실리콘 오염의 최소화, 실리콘 반응성 최소화, 1,450도 이상의 고온 환경에서의 사용, 플라즈마에 대한 높은 내식성을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 석영은 치구, 식각용 세정조, 플라즈마 에칭 장비 등에서 다양하게 사용되고 있다.
석영은 고 기능성 재료이긴 하나, 재료의 한계 또한 명백하다. SiO2 함량이 이미 99.999%일 정도로 매우 고순도화되어 있어, 추가적인 순화에는 너무나 많은 비용이 든다. 또한 석영은 제조 과정에서 미세한 기포를 다량 함유하며, 표면의 식각이 진행됨에 따라 석영 표면이 거칠어지고, 내부 기포가 외부로 노출되어, 아웃 가스 및 파티클(Particle)을 발생시킨다. 이것은 웨이퍼(Wafer)의 품질에 심각한 문제가 된다.
이러한 문제는 고집적화의 경향이 심화됨에 따라 더욱 중요해지고 있는데 플라즈마의 에너지가 강해지고, 고적층화에 따라 조사 횟수가 증가됨에 따라, 석영에는 더욱 많은 에너지가 주입되어 식각은 더욱 빠르게 진행된다. 그리고 웨이퍼에 실장되는 트랜지스터의 수가 크게 증가하고 있어, 단 하나의 파티클도 웨이퍼 전체의 품질에 악영향을 미치게 된다.
그렇기에 석영 자체의 플라즈마 특성을 개선하기 위한 고순도화의 연구가 꾸준히 진행되어, 최근에는 합성 석영유리(99.9999% 이상)를 주로 사용하고 있다. 합성 석영유리는 천연 석영에 비해 내식성이 높으며, 기본적으로 마이크로 버블(Micro-Bubble)이 적어 에칭(Etching)이 진행되어도 웨이퍼에 미치는 영향이 제한적이라는 특징이 있다. 하지만 합성 석영유리는 천연 석영 대비 10배 이상의 고가로, 반도체에서 요구되는 수량 전체에 대응할 수가 없으며, 이러한 문제로 인해 석영 자체의 내식성을 개선하는 연구가 진행되고 있다.
석영 자체의 내식성을 개선하기 위해 표면에 이트리아(Yttria), 희토류, 알루미나(Alumina) 등의 첨가제를 포함한 용액을 코팅하여 내식성을 향상시키는 연구가 진행되었다. 이러한 표면 코팅 방식의 효과는 상당히 커 약 2배 이상의 내식성을 얻을 수 있었다. 하지만 외부 코팅 방식은, 균일한 코팅층의 형성이 어렵고, 경시 변화에 약하며, 지속적으로 사용시 일부 층이 박리되는 현상이 발생하여 기존의 파티클 문제보다 더욱 큰 공정 결함을 야기시키는 등의 문제로 실제 생산에 적용되지 못하고 있다.
이러한 문제에 착안하여, 외부 코팅 방식이 아닌, 첨가제를 석영유리 내에 균일하게 배치시키는 방식에 대한 연구가 진행되고 있다. 이 방식은 기존의 코팅 방식과 동일하게 석영 대비 2배 이상의 내식성을 확보함과 동시에 코팅층의 박리나, 탈락 현상이 없이 제조가 가능하다. 다만, 이 방식은 첨가제를 석영유리에 균일하게 배치시키는데 어려움이 있고, 석영유리에 첨가제를 혼합하고 이 혼합물을 용융 및 냉각시켜 내플라즈마성이 향상된 석영유리를 얻는데 어려움이 있다.
따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한, 본 발명의 해결하고자 하는 목적은, 내식각성 및 내플라즈마성을 향상시킬 수 있는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법은, 석영유리 분말과 첨가제 분말을 혼합하여 생성된 혼합 분말을 용융, 냉각 및 분쇄하는 과정을 차례로 거쳐 세라믹스 분말을 제조한다. 용융하는 과정에서는 혼합 물질을 아크 용융법으로 용융한다.
일 실시예에 의하면, 첨가제 분말은 알루미나, 이트리아 산화물, 리튬 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 징크 옥사이드 또는 바륨 옥사이드 분말이다. 첨가제의 배합 조건은 0.1% ~ 30%까지 혼합하여 혼합 분말을 생성한다.
일 실시예에 의하면, 용융하는 과정에서, 혼합 분말 용해용 용기의 재질은 알루미나, 카본, 몰리브덴 또는 텅스텐이다.
일 실시예에 의하면, 용융하는 과정에서, 용기의 내면과 혼합 분말 사이에는 베리어 층이 형성되고, 베리어 층의 두께는 2mm ~ 4mm이다.
일 실시예에 의하면, 베리어 층은 석영(SiO2) 분말을 사용하여 형성된다.
일 실시예에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법은 혼합 분말을 용융하기 위한 용기(또는 몰드)를 포함한다. 용기는 회전장치에 의해 회전하며, 아크 용융 중에 60RPM ~ 120RPM의 회전 속도로 회전한다.
일 실시예에 의하면, 용기는, 용기를 기울이는 틸팅장치를 포함한다.
일 실시예에 의하면, 용융하는 과정에서, 혼합 분말은 아크 용융에 의해 액체상태인 용융물이 된다. 용융물의 표면온도는 1,500도 ~ 1,800도이다.
일 실시예에 의하면, 아크 용융에 의해 혼합 분말의 용융이 완료되면, 1분 ~ 10분 사이에 용융물은 용기에서 배출되고 대기에서 급냉된다.
일 실시예에 의하면, 분쇄하는 과정에서, 세라믹스의 분쇄는 해머 밀, 롤 크러셔, 볼 밀 또는 로드 밀에 의해 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법은, 제조과정에서 혼합 분말의 물성을 균질화 시킬 수 있고, 내식각성 및 내플라즈마성이 향상된 세라믹스 분말을 제조할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 아크 용융을 이용하여 혼합 물질을 용융하는 방법을 간략하게 나타낸다.
도 2는 혼합 분말이 용융된 후 세라믹스 내부에 결정화가 발생한 경우를 나타낸다.
도 3은 세라믹스 분말 제조과정에서 베리어 층이 없는 등의 실시예에서 제조된 세라믹스를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법으로 제조된 세라믹스를 나타낸다.
도 2는 혼합 분말이 용융된 후 세라믹스 내부에 결정화가 발생한 경우를 나타낸다.
도 3은 세라믹스 분말 제조과정에서 베리어 층이 없는 등의 실시예에서 제조된 세라믹스를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법으로 제조된 세라믹스를 나타낸다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성요소 중 종래기술에 의하여 통상의 기술자가 명확하게 파악할 수 있고 용이하게 재현할 수 있는 것에 관하여는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법은, 석영유리 분말과 첨가제 분말을 혼합하여 혼합 분말을 만들고, 상기 혼합 분말을 용융, 냉각 및 분쇄하는 과정을 차례로 거쳐 세라믹스 분말을 제조하는 방법이다.
본 발명에서, 석영유리 분말과 첨가제 분말을 혼합하여 생성된 분말을 '혼합 분말'이라 명하고, 상기 혼합 분말을 용융, 냉각 및 분쇄하는 과정을 차례로 거쳐 생성된 분말을 '세라믹스 분말'이라 명한다.
먼저, 석영유리 분말과 첨가제 분말을 혼합하여 혼합 분말을 만든다.
첨가제 분말은 내플라즈마성을 강화하기 위해 알루미나(Alumina), 이트리아(Yttria) 산화물, 리튬 옥사이드(Lithium Oxide), 티타늄 옥사이드(Titanium Oxide), 징크 옥사이드(Zinc Oxide), 및/또는 바륨 옥사이드(Barium Oxide) 등의 분말을 사용한다.
첨가제의 배합 조건은 0.1% ~ 30%까지 혼합하여 혼합 분말을 제조한다.
석영유리에 첨가제를 균일하게 분포시키기 위해서 혼합 분말을 용융한다.
혼합 분말의 용융은 고온에서 진행되어야 한다. 첨가제의 혼합에 따라 일부 융점이 강하되나, 일정한 품질의 석영유리 제조를 위해서는 1,500도 이상의 고온에서 진행되어야 한다.
또한, 혼합 분말을 용융하기 위해서는 1,500도 이상의 고온에서 사용 가능한 용기가 필요하다.
혼합 분말 용해용 용기의 재질은 1,500도 이상의 온도에서 사용 가능한 알루미나, 카본(Carbon), 몰리브덴(Molybdenum), 텅스텐(Tungsten) 등을 들 수 있다.
혼합 물질을 고온 용융하는 과정에서 용기는 반응성이 매우 높기 때문에 생산성을 높이면서도 반응성을 억제할 수 있는 용기가 필요하다. 이에 착안하여 본 발명은 아크 용융법을 이용하여 혼합 물질을 용융한다.
도 1은 아크 용융을 이용하여 혼합 물질을 용융하는 방법을 간략하게 나타낸다.
아크 용융 방식을 이용하면, 용기(또는 몰드(Mould)) 내의 온도는 최대 2,000도의 고온이 가능하며, 전극의 거리, 전압 및 전류의 조절이 용이하여 온도 제어가 간편하다.
또한, 용기의 일부가 대기 중에 노출되어 있어 온도센서(예로, 파이로미터(Pyrometer))를 이용하여 용기 내의 온도 확인이 가능하며, 온도 제어를 통해 용기 내의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 사용되는 아크 용융을 위한 전극은 용기 내의 온도를 측정하는 온도센서를 포함한다.
본 발명에서는, 혼합 물질을 고온 용융하는 과정에서 용기와 첨가제 간의 반응성을 억제시키기 위해 용기 내에 베리어(Barrier) 층을 형성한다.
용기 내에 형성된 베리어 층은, 용기(또는 몰드)와 혼합 분말을 분리시킨다.
따라서, 베리어 층으로 인해 혼합 분말의 용융 과정에서 용기의 반응성 문제를 해결할 수 있다. 또한 베리어 층은 혼합 분말의 용융이 완료된 상태에서 용융물을 용기로부터 분리시키므로 용융물을 쉽게 대기로 방출시킬 수 있다. 용융물을 용기로부터 빨리 방출시킴으로써 결정화 현상을 방지할 수 있다.
베리어 층은 고순도의 석영(SiO2) 분말을 사용하여 형성할 수 있다.
베리어 층은, 용기의 내면과 혼합 분말 사이에 형성되고, 1mm ~ 5mm의 두께를 가진다. 1mm 이하에서는 충분한 베리어 효과가 없었으며, 5mm 이상에서는 효율성이 크게 저하되었다. 가장 적합한 베리어 층의 두께는 2mm ~ 4mm이었으며, 가장 좋은 보호 효과를 보였다.
용기에 고순도의 석영 분말을 넣고 용기를 고속 회전시키면 원심력에 의해 석영 분말은 용기의 내면에 균일하게 분포되면서 밀착하게 된다. 이때 형성되는, 용기의 내면에 균일하게 분포되고 일정한 두께를 갖는 석영 분말 층을 베리어 층이라 한다. 그리고 용기에 혼합 분말을 넣고 용기를 계속 회전시키면 베리어 층 위에, 균일하게 분포되고 일정한 두께를 갖는 혼합 분말 층이 형성된다. 따라서 베리어 층은 용기(또는 몰드)와 혼합 분말을 분리시킨다. 도 2에서는 베리어 분말 5kg ~ 10kg 과 혼합 분말 15kg ~ 30kg이라고 기재되어 있으며, 이는 일 실시예이다. 도 2에서 첨가제 분말은 혼합 분말을 나타낸다. 또한, 본 발명에 사용되는 용기는 용기를 회전시키는 모터 등과 같은 회전장치를 포함한다. 회전장치는 통상적인 구성요소이다.
혼합 분말이 든 용기가 회전하는 상태에서, 전극을 이용하여 혼합 분말을 용융시킨다(아크 용융).
본 발명을 실시함에 있어, 용융물의 표면 온도가 최소 1,200도 이상으로 하여 진행하였다. 실시 결과에 따르면, 용융물의 표면온도가 1,500도 ~ 1,800도 일 때 가장 적합하였다. 1,500도 이하에서는 일부 미 용융된 혼합 분말이 잔류하였고, 1,800도 이상에서는 기화 현상이 발생하여 첨가제의 농도가 불균일해지는 문제가 발생하였다.
본 발명을 실시함에 있어, 아크 용융 중에 용기의 회전 속도를 60RPM ~ 120RPM 사이로 유지하여 혼합 분말이 용융되어 이동하는 현상이 없도록 유지하였다. 또한, 상기 조건에서 3분 ~ 12분 동안 아크 방전을 지속하여 용융물의 표면 온도를 유지시켰다.
본 발명에서, 혼합 분말은 아크 용융에 의해 액체상태인 용융물이 되고, 그리고 상기 용융물은 냉각에 의해 고체상태가 되는데, 상기 고체상태의 물질을 '세라믹스'라 명한다. 그리고 상기 세라믹스는 분쇄과정을 통해 분말이 되며, 상기 분말을 '세라믹스 분말'이라 명한다.
본 발명을 실시함에 있어, 세라믹스의 최종 두께는 수율과 생산성을 고려하여 10mm ~ 15mm 가 되는 것이 적합하였다.
아크 용융에 의해 혼합 분말의 용융이 완료되면, 용융물을 용기 내에서 방치하지 않고, 1분 ~ 10분 사이에 용융물을 용기에서 배출시켜 대기에서 급냉시킨다. 냉각시간이 너무 길면 세라믹스 내부에 결정화가 발생하고, 냉각시간이 너무 짧으면 작업 과정에서 세라믹스가 파손되는 문제가 발생한다. 도 2는 혼합 분말이 용융된 후 세라믹스 내부에 결정화가 발생한 경우를 나타낸다.
본 발명에 사용되는 용기는 용기를 기울이는 틸팅(Tilting)장치를 포함한다. 틸팅장치는 통상적인 구성요소이다. 틸팅장치를 이용하여 용기를 기울이고, 용기 내에 있는 용융물 또는 세라믹스를 대기상태에서 상온 배출시킨다. 용융물 또는 세라믹스는 용융 종료 후 2분이면 배출이 가능하였다.
세라믹스 분말을 제조하기 위해 혼합되는 다량의 첨가제는 세라믹스에 다양한 물적 특성(내플라즈마성, 저열팽창성)을 부여하지만, 기본적으로 석영 유리적 관점에서는 불순물로 작용하게 된다. 이런 특성으로 인해 석영유리의 용융 후 분쇄를 위한 냉각 과정에서 결정질 석영을 발생시키게 된다. 결정질 석영과 유리질 석영은 그 특성의 차이가 크고, 이렇게 제조된 분말은 물성의 차이를 발생시킨다. 이러한 현상을 방지하기 위해 냉각은 최대한 빠르게 진행되어야 한다.
따라서, 용융을 이용한 세라믹스 분말의 제조를 위해서는, 용융 후 용융물을 급속하게 냉각시킬 필요가 있다.
그리고, 용융을 통한 세라믹스 분말을 제조함에 있어, 냉각 과정에서의 결정질 석영의 발생은 용융 방식을 통한 세라믹스 분말 제조의 제한적 요인으로 작용한다.
냉각이 완료된 세라믹스는 분쇄과정을 거쳐 내플라즈마 세라믹스 제조를 위한 과립 분말(세라믹스 분말)의 형태가 된다.
세라믹스의 분쇄는 해머 밀(Hammer Mill), 롤 크러셔(Roll Crusher), 볼 밀(Ball Mill), 로드 밀(Rod Mill)과 같은 기계적 파쇄 방식이 모두 활용 가능하다.
도 3은 세라믹스 분말 제조과정에서 베리어 층이 없는 등의 실시예에서 제조된 세라믹스를 나타내고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법으로 제조된 세라믹스를 나타낸다.
도 3은 혼합 분말과 용기가 격렬하게 반응하여, 내플라즈마 용 세라믹스 분말 제조가 불가능함을 확인할 수 있었고, 도 4는 반응성이 억제되고 첨가제가 균일하게 확산되어 적합한 형태의 세라믹스가 제조됨을 확인할 수 있었다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법은 제조과정에서 혼합 분말의 물성을 균질화 시킬 수 있으며, 내식각성 및 내플라즈마성이 향상된 세라믹스 분말을 제조할 수 있다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (10)
- 석영유리 분말과 첨가제 분말을 혼합하여 생성된 혼합 분말을 용융, 냉각 및 분쇄하는 과정을 차례로 거쳐 세라믹스 분말을 제조하고,
상기 용융하는 과정에서는 상기 혼합 물질을 아크 용융법으로 용융하는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 첨가제 분말은 알루미나, 이트리아 산화물, 리튬 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 징크 옥사이드 또는 바륨 옥사이드 분말이고,
상기 첨가제의 배합 조건은 0.1% ~ 30%까지 혼합하여 상기 혼합 분말을 생성하는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 용융하는 과정에서, 상기 혼합 분말 용해용 용기의 재질은 알루미나, 카본, 몰리브덴 또는 텅스텐인, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 용융하는 과정에서, 용기의 내면과 상기 혼합 분말 사이에는 베리어 층이 형성되고, 상기 베리어 층의 두께는 2mm ~ 4mm인, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 베리어 층은 석영(SiO2) 분말을 사용하여 형성되는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 혼합 분말을 용융하기 위한 용기를 포함하고,
상기 용기는 회전장치에 의해 회전하며, 상기 용기는 아크 용융 중에 60RPM ~ 120RPM의 회전 속도로 회전하는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 용기는, 상기 용기를 기울이는 틸팅장치를 포함하는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 용융하는 과정에서, 상기 혼합 분말은 아크 용융에 의해 액체상태인 용융물이 되고, 상기 용융물의 표면온도는 1,500도 ~ 1,800도인, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 아크 용융에 의해 상기 혼합 분말의 용융이 완료되면, 1분 ~ 10분 사이에 상기 용융물은 용기에서 배출되어 대기에서 급냉되는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분쇄하는 과정에서, 세라믹스의 분쇄는 해머 밀, 롤 크러셔, 볼 밀 또는 로드 밀에 의해 이루어지는, 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210166846A KR20230079753A (ko) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210166846A KR20230079753A (ko) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230079753A true KR20230079753A (ko) | 2023-06-07 |
Family
ID=86760890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210166846A KR20230079753A (ko) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230079753A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060087405A (ko) | 2004-09-30 | 2006-08-02 | 신에쯔 세끼에이 가부시키가이샤 | 플라즈마 내식성이 우수한 석영유리 및 그 제조방법 |
-
2021
- 2021-11-29 KR KR1020210166846A patent/KR20230079753A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060087405A (ko) | 2004-09-30 | 2006-08-02 | 신에쯔 세끼에이 가부시키가이샤 | 플라즈마 내식성이 우수한 석영유리 및 그 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100733109B1 (ko) | 실리콘 포커스링 및 그 제조방법 | |
| KR100689597B1 (ko) | 규화철 스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법 | |
| WO2014167788A1 (ja) | 単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器及びその製造方法 | |
| JP5608257B1 (ja) | 単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器及びその製造方法 | |
| WO2010125739A1 (ja) | シリカ容器及びその製造方法 | |
| KR102027128B1 (ko) | Yof계 분말의 제조방법 | |
| JP5462423B1 (ja) | 単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器及びその製造方法 | |
| JP2010520644A (ja) | 半導体グレードシリコンのプラズマ溶射 | |
| EP2524905A1 (en) | In-Ga-O OXIDE SINTERED BODY, TARGET, OXIDE SEMICONDUCTOR THIN FILM, AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR | |
| WO2012090541A1 (ja) | 多結晶シリコンインゴット鋳造用鋳型及びその製造方法並びに多結晶シリコンインゴット鋳造用鋳型の離型材用窒化珪素粉末及びそれを含有したスラリー | |
| JPH11302835A (ja) | ＺｎＯ系焼結体の製造方法 | |
| KR101382591B1 (ko) | 정전척 제조용 플라즈마 스프레이 코팅 재료 및 이의 제조방법 | |
| JP5733732B2 (ja) | ルテニウム（Ｒｕ）ターゲット製造のためのルテニウム粉末製造方法 | |
| TWI568704B (zh) | 圓筒形濺射靶件、圓筒形成形體、圓筒形濺射靶件之製造方法、圓筒形燒結體之製造方法及圓筒形成形體之製造方法 | |
| US9828667B2 (en) | Method for making tin oxide thin film | |
| JP3470633B2 (ja) | ＭｇＯを主成分とする蒸着材及びその製造方法 | |
| KR20230079753A (ko) | 아크 용융을 이용한 세라믹스 분말 제조방법 | |
| EP2712946A1 (en) | Silica vessel for drawing up monocrystalline silicon and method for producing same | |
| TW201733959A (zh) | 氧化物燒結體 | |
| JP5595615B2 (ja) | 単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器及びその製造方法 | |
| JP5185213B2 (ja) | 耐プラズマ性フッ化物焼結体の製造方法 | |
| CN116730596A (zh) | 一种石英坩埚及其制备方法 | |
| US20160326634A1 (en) | Tin oxide sputtering target and method for making the same | |
| KR100895118B1 (ko) | 산화마그네슘 단결정 및 그 제조 방법 | |
| TW202302495A (zh) | 用於耐電漿材料之氧化釔-氧化鋯燒結陶瓷 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |